Влияние химического состава и примесей на свойства стали

Углерод – основной элемент в стали, определяющий многообразие ее свойств. Взаимодействие углерода с a- и g- железом приводит к образованию твердых растворов типа внедрения. При комнатной температуре структура низкоуглеродистой стали состоит из частиц феррита и цементита, присутствующих либо в виде отдельных включений (так называемые структурно свободные феррит и цементит), либо в виде тонкой феррито - перлитной механической смеси.

Свойства готовой проволоки из низкоуглеродистой стали зависят от фаз феррито – цементитной смеси, их ориентировки, степени ориентировки кристаллической решетки, количества, величины и формы карбидов.

Углерод расширяет область a - железа и понижает критические точки фазовых превращений.

Без применения специальных мер только содержание углерода в стали определяет уровень прочностных свойств проволоки. С увеличением содержания углерода в стали возрастают ее прочностные характеристики, а показатели вязких свойств снижаются. С увеличением суммарного обжатия интенсивность упрочнения стали при повышении содержания углерода возрастают. Эта особенность влияния углерода на свойства стали с учетом его способности к ликвации определяет жесткие требования по отклонению химического состава по углероду от номинальных норм. Согласно ГОСТ 1050-74 отклонение содержания по углероду от норм не должно превышать +0,01. 

Сера является вредным сопутствующим элементом и ее содержание должно быть низким настолько, насколько это возможно. Сера содержится в стали в виде сульфидов железа, марганца. Наиболее вредное сернистое соединение в стали – сульфид железа, который образует с железом легкоплавкую эвтектику, окружающую зерна подобием оболочки. При нагреве до достаточно высоких температур происходит их оплавление, нарушается связь между зернами, что при деформации приводит к разрушению металла. В этом заключается явление красноломкости (область температур 800-1000 °С).

Сера имеет повышенную склонность к ликвации. Кроме того, сера усиливает коррозию стали, затрудняет процессы цинкования.

Фосфор в стали является вредным сопутствующим элементом. В основе неблагоприятного влияния фосфора на свойства стали лежат его сильная зональная и дендритная ликвация и относительно малая скорость диффузии фосфора в a- и g -твердых растворах, из-за чего образовавшиеся сегрегации плохо рассасываются. В присутствии хрома и никеля ликвирующая способность фосфора и его устойчивость увеличиваются. Поэтому его содержание в стали стремятся свести к минимуму, чтобы избежать нежелательных явлений в обогащенных фосфором местах – процессов выделения, повышенной легкоплавкости, локальной хрупкости и неравномерного распределения напряжений, склонность к трещинообразованию.

Фосфор придает стали хрупкость, которая проявляется в затрудненной пластической деформации и повышенной склонности к возникновению хрупкого излома, причем эта склонность увеличивается с повышением содержания углерода в стали. 

Марганец – постоянная или сопутствующая приме в стали, применяется в качестве раскислителя при выплавке, ослабляя вредное действие на качество стали кислорода (в виде FeO) и серы (FeS). Образовавшиеся при этом легкоплавкие соединения в виде MnO и MnS выделяются в шлак, предотвращая появление газовых пузырей. Марганец способствует получению плотной и однородной по химическому составу стали.

Марганец расширяет область g-железа, замедляя изотермическое превращение аустенита.

Марганец увеличивает предел прочности проволоки не влияя существенно (до содержания 0,9% Mn) на ее вязкие характеристики.

В отличие от других элементов марганец увеличивает размер зерна в стали, создавая так называемую, продольную волокнистость в процессе деформации. В результате увеличения межпластинчатого расстояния в перлите при добавке марганца улучшается деформируемость стали.

Кремний – постоянная или сопутствующая примесь в стали. Кремний способствует получению раскисленной однородной и плотной стали. Как раскислитель, кремний может образовывать в стали очень тонкие суспензии кремнекислоты. При этом пластичность стали понижается, увеличивается износ волок, на поверхности появляются риски, снижающие ее работоспособность.

Кремний расширяет область a - железа, повышает критические точки фазовых превращений.

При введении в сталь кремния повышаются ее пределы прочности, упругости, текучести, увеличивается сопротивление износу.

Алюминий – активный раскислитель при выплавке стали. Он содержится в стали либо в твердом растворе, либо в виде включений окиси алюминия – глинозема Al₂O₃. Включения окиси алюминия не пластичны и поэтому не деформируются. Загрязнение стали, этим соединением снижает прочность и выносливость проволоки. При волочении включения глинозема повышают расход инструмента, ухудшают технологичность процесса, и качество поверхности проволоки. Раскисление алюминием приводит к неоднородному измельчению действительного и аустенитного зерна стали, что отрицательно влияет на качество готовой проволоки. В связи с этим Раскисление стали алюминием признано нецелесообразным.

Алюминий активно удаляет азот, связывая его в нитриды, и тем самым повышает устойчивость стали против старения; слабо влияет на пределы прочности и текучести, одновременно снижая относительное удлинение.

 

Выбор сортамента

 

Сортамент готовой продукции выбираем исходя из потребностей потребителя, практики работы цеха легированной проволоки Белорецкого металлургического комбината. В соответствии с заданием производства проволоки из стали 1юпс в количестве 24000 тонн в год, принимаем следующий сортамент, указанный в таблице 1.7.

 

Таблица 1.7 - Сортамент для производства проволоки из стали 1юпс 

Марка стали	ГОСТ, ТУ	Диаметр готовой продукции	Годовой объем, кг
1юпс	ГОСТ3282-74